[发明专利]基于成像反馈技术的自动太阳跟踪器及自动太阳跟踪方法

权利要求书

1.一种基于成像反馈技术的自动太阳跟踪器，其特征在于，包括有跟踪器头部、控制系统、分光与成像光路；所述跟踪器头部包括反射镜一、竖直旋转滑台、反射镜二和水平旋转滑台，所述反射镜一用于跟踪太阳，接收太阳光辐射；反射镜二用于将反射镜一接收的太阳光辐射反射至分光与成像光路，竖直旋转滑台和水平旋转滑台分别用于调整反射镜一与反射镜二的姿态以跟踪太阳的高度角与方位角；

分光与成像光路依次设有排列在一条直线上的反射镜三、分光镜、中性密度滤光片、凸透镜和光阑，其中反射镜三用于接收反射镜二反射的太阳光，分光镜与主光轴成45度角放置，所述分光镜透射紫外-可见光，反射红外光；

控制系统包括控制器、GPS及惯性导航系统、计算机和相机，其中相机用于采集光阑小孔的像并反馈至计算机；GPS及惯性导航系统用于自动太阳跟踪器的运动状态，并将获得的实时时间与经纬度信息以及俯仰角、横滚角信息反馈至计算机；计算机用于根据相机和GPS及惯性导航系统反馈的信息进行判断和计算：若相机获取的照片中没有完整太阳图像，则根据实时时间与经纬度信息计算当前太阳高度角与方位角，并结合俯仰角、横滚角信息，计算反射镜一与当前太阳高度角在俯仰方向的偏差和反射镜二与当前太阳方位角在水平方向的偏差，控制器根据偏差大小使用开环控制调整竖直旋转滑台与水平转动滑台，使反射镜一对准太阳；若照片中存在完整太阳图像，则根据实时时间与经纬度信息计算当前太阳高度角与方位角，同时对所拍摄太阳图像进行圆拟合或椭圆拟合以找到太阳的像的中心，并计算太阳的像的中心与光阑小孔的像的中心的像素点偏差，此偏差结合俯仰角、横滚角信息，计算反射镜一与当前太阳高度角在俯仰方向的偏差和反射镜二与当前太阳方位角在水平方向的偏差；将计算的偏差结果反馈至控制器，控制器根据偏差结果控制竖直旋转滑台和水平旋转滑台调整反射镜一与反射镜二的姿态以跟踪太阳的高度角与方位角。

2.根据权利要求1所述的自动太阳跟踪器，其特征在于，还包括机架，所述分光与成像光路、相机和GPS及惯性导航系统、跟踪器头部均固定在机架上。

3.根据权利要求2所述的自动太阳跟踪器，其特征在于，所述跟踪器头部还包括跟踪器架，所述反射镜一固定在竖直旋转滑台上，竖直旋转滑台与反射镜二固定在跟踪器架上，反射镜一与反射镜二的位置中心在一条直线上并与主光轴重合；跟踪器架固定在水平旋转滑台上，水平旋转滑台固定在机架上。

4.根据权利要求1所述的自动太阳跟踪器，其特征在于，还包括一光纤，用于将通过光阑孔的紫外-可见光导出。

5.根据权利要求1所述的自动太阳跟踪器，其特征在于，所述相机成10-45度将镜头对准光阑小孔。

6.根据权利要求1所述的自动太阳跟踪器，其特征在于，计算太阳的像的中心与光阑小孔的像的中心的像素点偏差具体为：

计算照片上太阳的像的中心与光阑小孔的像的中心在x轴和y轴上的像素点偏差个数，再结合太阳角直径与照片上太阳的像的直径计算每个像素点的弧度值，根据每个像素点的弧度值将x轴和y轴上的像素点偏差个数转换为角度即为水平方向与俯仰方向的像素点偏差。